Кабельные системы с СПЭ-изоляцией АББ - Нагрузочные характеристики

Кабели с СПЭ-изоляцией должны иметь жилы с сечением, отвечающим требованиям по пропускной способности.
Потери под нагрузкой в основном составляют омические потери в проводнике и металлическом экране. Непрерывная нагрузка на кабели с СПЭ-изоляцией может прилагаться вплоть до температуры проводника 90°С. Однако лучше ограничить рабочую температуру примерно 65°С для того, чтобы иметь запас по нагрузке, либо уменьшить потери, либо избежать возможной термической нестабильности.
Диэлектрические потери в СПЭ-изоляции возникают при работе кабеля даже без нагрузки и зависят от значения приложенного рабочего напряжения. Диэлектрические потери в кабелях с СПЭ-изоляцией меньше чем в кабелях с изоляцией из этилпропиленовой резины или бумаго-пропитанной изоляцией.
В таблицах 1 и 2 приведены длительно допустимые токи для одножильного кабеля. Расчет длительно допустимых токов произведен согласно МЭК 60287 при соблюдений следующих условий:
Одна трехфазная группа одножильных кабелей
Температура грунта 20°С
Температура окружающего воздуха .. 35°С
Глубина прокладкиL 1,0 м
Расстояние «5» между осями кабелей,
проложенными в плоскости    70 мм + De ,
где De - диаметр кабеля
Термическое сопротивление грунта ..1,0 К-м/Вт
Поправочные коэффициенты для одножильных кабелей приведены в таблицах 3-10.

Длительно допустимый ток, А
Таблица 1
Номинальное напряжение 110-550 кВ. алюминиевая жила - сечение экрана 95 мм

Таблица 2
Номинальное напряжение 110-550 кВ, медная жила - сечение экрана 95 мм2, при сечении жилы 1200 мм2 и больше - жила сегментная

Поправочные коэффициенты
Поправочный коэффициент на сечение экрана
Применяется к одножильным кабелям, проложенным в плоскости или треугольником с заземлением экрана с двух сторон.
При заземлении с одной стороны
или при транспозиции экранов
поправочный коэффициент на сечение экрана
не применяется.   
Таблица 3 110-500 кВ, сечение экрана 95 мм2

1 мм2 медного экрана эквивалентен: 1,66 мм2 алюминиевой оболочки
12,40 мм2 свинцовой оболочки

Поправочные коэффициенты при прокладке в земле

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

Таблица 7

Таблица 8

Поправочный коэффициент при прокладке в земле в трубах
Поправочный коэффициент для одножильных кабелей, частично проложенных в отдельных трубах, применяется только тогда, когда участок кабельной линии между точками заземления экрана частично проложен в трубах, при следующих условиях:
кабели проложены треугольником на большей части участка;
трубы проложены в плоскости;
длина, проложенная в трубах, составляет менее 10% участка между точками заземления;
каждый кабель в отдельной трубе;
Таблица 10

диаметр трубы в два раза больше диаметра кабеля.
Поправочный коэффициент при прокладке на воздухе
Таблица 9

Пример использования поправочных коэффициентов
Две группы кабелей с СПЭ-изоляцией на напряжение 220 кВ с алюминиевыми жилами 1х500/150 мм2, проложенные в земле треугольником, с транспозицией экранов. Температура жилы 90°С.
В таблице 2 приводится номинальный ток 620 А

Скорректированный номинальный ток на группу
620 х 0,98 х 0,95 х 0,93 х 0,84 х 0,85 = 383 А
Следует отметить, что поправочные коэффициенты дают хорошие ориентировочные данные при проектировании будущих цепей. Как только будет определена конфигурация цепи, следует провести точный расчет
Режим перегрузки
Кабель с СПЭ-изоляцией может подвергаться перегрузкам с температурой свыше 90°С, но как можно реже, при этом температура жилы может достигать 105°С. Отдельные аварийные перегрузки не повлияют значительно на срок службы кабеля. Тем не менее, частота и длительность таких перегрузок должны быть сведены к минимуму. Циклические и аварийные значения можно рассчитать по МЭК 60853.
Токи короткого замыкания
Максимально допустимые температуры жилы и экрана/металлической оболочки в условиях короткого замыкания определяются с учетом прилегающей изоляции и материала оболочки.
Это устанавливается МЭК 61443 "Предельные значения температуры короткого замыкания электрических кабелей на номинальное напряжение свыше 30 кВ (Um = 36 кВ)".
При выборе способа крепления кабеля следует принимать во внимание динамические силы возникающие при КЗ между фазами.

Максимальные токи короткого замыкания по термической стойкости
Нагрев, возникающий во время короткого замыкания, определяют по величине и длительности тока короткого замыкания. При проектировании применяют ток эквивалентный току короткого замыкания длительностью 1с в соответствии с нижеприведенной формулой. Эта формула применима для длительности короткого замыкания от 0,2 до 5 с.

где 1кз - ток короткого замыкания в течение tK3 кА I1 - ток короткого замыкания в течение 1 с Значения 1-сек. тока КЗ указаны в таблице 11 для жилы и в таблице 12 для металлического экрана.
tK3 - длительность короткого замыкания, с
Для кабеля с СПЭ-изоляцией максимально допустимая температура жилы при коротком замыкании составляет 250°С.
Таблица 11

Температура медного экрана может достигать 250°С, не повреждая материал прилегающей изоляции.
При начальной температуре 50°С это соответствует плотности тока 165 А/мм2 в течение 1 с. (В других условиях допускаются повышенные и пониженные плотности тока).
Температура для свинцовых оболочек при коротком замыкании ограничена 210°С. При начальной температуре 50°С это соответствует плотности тока 28 А/мм2 в течение 1 с.
Таблица 12

Динамические силы при коротком замыкании
В случае короткого замыкания помимо термического фактора следует учитывать также динамические силы в кабеле.
Динамическое напряжение возникает вследствие динамического эффекта параллельно проложенных кабелей, проводящих ток.
Динамические силы между двумя проводниками можно рассчитать по формуле:

где F - макс. сила (Н/м)
1уд = 2,51кз (кА)
IK3 - ток короткого замыкания (кА)
5 - расстояние между осями кабелей (м)